Дещо з життя атмосферних іонів

Дещо з життя атмосферних іонів

Здоров'я всім, кому не лінь або цікаво читати нашу інформацію!

У всіх до усілякому чтива своє ставлення. Будь-яку науково-технічну книгу або статтю я спочатку переглядаю на предмет: про що в ній, на якому рівні написано і чи варто дивитися ще раз. Вдруге звичайно шукається щось конкретне, тому читаються окремі місця. Втретє, якщо він настане - інші окремі місця. У мене є статті та книги, зачитані мною, як кажуть, до дірок. І, тим не менш, рідко яку роботу прочитуєш «від корки до корки». Тому не дивно, що в одній такій роботі (3) з уже відлетіли від частого вживання обкладинками на очі вперше попався абзац, в якому йдеться про наявність різниці між природними і штучно створеними іонами і робиться припущення про їх різному терапевтичному дії. Довелося докопуватися до суті процесів іонізації і вивчати фізико-хімічні особливості утворення та загибелі різних іонів.

Уявіть собі, начебто розібрався в цих тонкощах і хотів навіть запропонувати їх вашій увазі, але потім згадав безсмертні слова Козьми Пруткова про те, що «багато речей нам незрозумілі не тому, що вони незрозумілі, а тому, що вони не входять до кола наших понять ». Якщо в поняття, наприклад, сліпого не входить поняття про колір, то йому не пояснити різниці між, наприклад, червоною і білою трояндами, як людині без нюху (а такі теж є) не пояснити різниці між запахами тієї ж троянди і сірководню.

Звичайно, серед читаючих цю цидулку знайдуться й такі, для кого це звучить образливо, оскільки вони «й самі з вусами». Для них я в кінці дам посилання, де можна знайти вельми докладні відомості про те, що і як відбувається при іонізації повітря. Правда, повинен обмовитися, що ця інформація досить «древня», оскільки в коло моїх інтересів і можливостей тепер не входить таке поняття, як відвідування наукових бібліотек, а книг на цю тему щось вельми давно не зустрічав у продажу. Тому не дивуйтеся примітивізму мого викладу. І ще одне. Оскільки я це пишу для того, щоб декілька підвищить рівень знань в області іонізації повітря людей, мало знайомих з цим явищем, то тим, у кого волосся випадає з голови, випирає надлишком знань, в тому числі і в цій області, не рекомендую затівати суперечку по викладеним мною питань. Не бачу сенсу вплутуватися в такий спір. Один мій добрий знайомий в таких випадках не сперечався, а говорив: «Ну і помирай дурнем».

В приземному шарі атмосфери, в якому ми з вами живемо, в природних умовах іонізація повітря проводиться залишковим радіоактивним випромінюванням землі і гірських порід, найчастіше продуктами розпаду радію, наприклад, радоном, що доходить до землі космічним випромінюванням, шляхом об'ємної фотоионизации повітря ультрафіолетовими променями, в тому числі і рентгенівськими променями, стеканием зарядів з гострих предметів, у тому числі і з голок хвойних дерев. Іноді перед грозою або в море на кораблях явище стікання зарядів видно неозброєним оком і отримало назву «Вогні святого Ельма». (1) У процесі іонізації беруть участь також грози, пожежі, що розпорошуються струменя води, наприклад, водоспади. Основним і найбільш стабільним джерелом іонізації атмосферного повітря є все ж радіоактивне випромінювання землі і космічні промені, так як фотоионизация ультрафіолетовими променями Сонця відбувається тільки вдень, а решта явища відбуваються епізодично і не повсюдно.

Інтенсивність утворення іонів залежить насамперед від місця виміру, природних умов, часу доби та пори року, а також від температури і тиску повітря, швидкості вітру, опадів. А на спектр утворених іонів істотно впливає наявність домішок в повітрі, тобто забруднення повітря, туман, дощ, сніг. У досить сухому і чистому повітрі переважають легкі іони, а в забрудненому повітрі, при наявності опадів, туману кількість легких іонів може впасти до нуля, зате зросте кількість середніх і важких іонів (6). За усталеній серед фахівців думку терапевтичну цінність представляють легкі іони, а середні і важкі іони або даремні, або, в деяких умовах, шкідливі (3).

Сам процес іонізації досить складний, щоб забивати цими відомостями ваші мізки. При іонізації паралельно йде кілька процесів:

  • безпосереднє утворення пар іонів за рахунок того, що іонізуюча частка або гамма-квант зриває із зовнішньої орбіти нейтральної молекули електрон, створюючи таким чином позитивний іон, а відірваний електрон тут же прилипає до першої ж молекулі, з якою він зіткнеться, і або утворює негативний іон , або нейтралізує заряд, якщо молекула позитивно заряджена (5); 
  • збудження молекул без утворення іонів, при якому якийсь електрон, може бути і не один, виштовхується на більш високу орбіту, але не відривається; зустріч двох таких молекул призводить до того, що вони весь запас своєї енергії вкладають в «стусан» одному з електронів на зовнішній орбіті, повертаючи за рахунок цього свої збуджені електрони на колишні орбіти і перетворюючись на позитивний іон, а електрон, який «випіннулі», почне передавати при зіткненнях з іншими молекулами частину своєї енергії цих молекул, створюючи тим самим іноді дуже велика кількість пар іонів, поки, розгубивши всю енергію, остаточно не прилипне до якої-небудь нейтральної молекулі, створивши тим самим ще один, але вже негативний іон (1); 
  • дисоціація молекул, при якій молекули розбиваються на різнополярні іони атомів або осколків молекули, які потім можуть возз'єднатися з подібною відірваної частини іншої часткою і нейтралізуватися, або вступити в реакцію з будь-якої нейтральної молекулою і утворити іон нової речовини - подібним чином виникають молекули озону, окислів азоту та так званий оксоніум (в перекладі - іон) - це молекула води, до якої пристав позитивно заряджений протон водню, у якого здерли з орбіти єдиний електрон (1); 
  • перезаряд іонів при зустрічі іона якоїсь речовини з нейтральною молекулою, що має більш низький потенціал іонізації, в результаті чого нейтральна молекула стане іоном, а іон перетвориться на нейтральну молекулу (5). 
  • Всі ці іони називаються первинними, оскільки вони представляють собою заряджені атоми або молекули і живуть в такому стані не більше 10-7 секунди, тобто одну десятимільйонну частку секунди (5).

Хтось із не позбавлений цікавості і терпіння вчених мужів підрахував (у вчених дружин інтереси лежать в інших місцях), а хтось такий же перевірив розрахунки і підтвердив, що в кубічному сантиметрі повітря знаходиться 1019 молекул газів (ця цифра вийде, якщо десять мільярдів помножити на один мільярд). Інший вчений муж встановив, що кожен іон за одну секунду стикається з шістьма мільярдами нейтральних молекул різних газів. Звідси можна підрахувати, що за 10-7 секунди первинний іон стикається з різними нейтральними молекулами шістсот разів. В результаті цих зіткнень вся неуявна каша первинних іонів за рахунок перезарядити, попутних хімічних реакцій, дружніх сполук набуває певний порядок, і в повітрі залишаються, переважно, позитивні іони O2 + (кисню), NO2 + (двоокис азоту), NO + (окис азоту), H3O + (оксоніум - молекули води H2O плюс протон водню H +) і H2O + (молекула води з відірваним електроном), а також негативні іони O2- (кисню), N2- (азоту) і NO- (окис азоту) (5). Азот, хоча і має високий потенціал іонізації, не встигає весь перезарядитися, так як через високий (78,09%) вмісту його в повітрі він може іноді стикатися тільки з собі подібними молекулами без заряду. Якщо повітря забруднене домішками, то в ньому можуть виникнути різні іони того й іншого знака за рахунок домішок. Так вельми легко через низький потенціалу іонізації виникають іони сірководню (H2S) (пам'ятаєте шкільну приповідку: «Йшла старенька через ліс і пускала аш-два-ес»?), Аміаку (NH3), хлору (Cl2). Змістом H2S і NH3 багаті туалети і квартири з наявністю брудних пелюшок, а також квартири, в яких мешканці страждають нетравленням шлунка, нетриманням сечі, бурлінням в животі. А Cl2 завжди йде з водопровідної води, якщо вона хлорована.

Після описаної стадії утворення первинних іонів починається справжнє життя легких іонів, яка триває, як правило, від 10-7секунди до 100, а іноді і більше секунд. В цей час первинні іони, стикаючись з нейтральними молекулами різних газів, здатних хоч трохи поляризуватися (найбільшою поляризуемостью володіють молекули води і вуглекислого газу, а найменшою - молекули кисню і інертних газів), утримують їх навколо себе якийсь час (від 10-6 секунди для звичайних газів до 10-4секунди для вуглекислого газу і до 10-3 секунди - для води). У позитивного іона заряд у вигляді протона розташований в центрі іона. Навколо такого іона постійно в зіткненні знаходиться від 13 до 20 молекул (в сухому повітрі) і від 11 до 15 молекул (у вологому повітрі). І вся ця штука виглядає у вигляді кулі, у якого нейтральні молекули, що обліпили іон, безперервно змінюються іншими сусідніми молекулами при русі іона. Негативний іон має на своїй зовнішній орбіті зайвий електрон, і до нього спочатку намертво прилипає яка-небудь поляризована молекула, а потім навколо цих двох молекул збираються у вигляді тора (кільця) 6-8 нейтральних молекул (в сухому повітрі) або 5-7 молекул (у вологому повітрі). Ці всі молекули весь час стикаються з негативним іоном і так само безперервно замінюються іншими нейтральними молекулами (5). Під час цієї «справжньої» життя вторинні іони потрапляють насамперед під дію електричного поля землі, утвореного негативним зарядом землі. Прийнято вважати, що у поверхні землі напруженість цього поля в середньому дорівнює 130 Вольт / метр, хоча насправді вона має великий розкид в залежності від місця виміру. Так в Павловську (Слуцьку) під С.-Петербургом і у Вашингтоні вона дорівнює 179 В / м, Давосі (США) вона дорівнює 64 В / м, на станції К'Ю (не знаю, де вона) наміряли 317 В / м.

З ростом висоти над рівнем землі напруженість поля падає (1). Під дією цього електричного поля позитивні іони рухаються до землі, а негативні іони - в верхні шари атмосфери. Тому у землі позитивних іонів майже завжди трохи більше, ніж негативних, а у верхніх шарах атмосфери - навпаки. Всякі вітри і завихрення повітря теж переміщують іони своїми потоками. І, нарешті, безперервно йде процес рекомбінації іонів, тобто нейтралізація зарядів двох зустрілися різнополярних іонів (2). Встановлено, що самими стійкими в сенсі сталості зовнішньої оболонки є іони оксоніума H3O + в оточенні молекул води, які через наявність сил поляризації не розлучаються з улюбленим іоном до самої його смерті, тобто нейтралізації його заряду іоном іншої полярності. Серед негативних іонів таких «міцненьких» іонів виявлено не було (5). Правда, це відомості приблизно тридцятирічної давності, може за цей час хтось щось і відкрив. Якщо кому-небудь з вас відомо про це, поділіться новиною.

В ході такої «життя» і таких масових зіткнень з іншими молекулами кожен «живий» іон, якщо він не рекомбинированного, зустрічається або з крупним конгломератом молекул, які не мають заряду, або з твердої мікрочастинок - виваженим в повітрі ядром конденсації - і привіт! Іон прилипає до такої частинці, і, в залежності від маси частинки, перетворює її або в середній, або у важкий, або в надважкий іон (5). Все! Це смерть легкого іона. У середніх і важких іонів своя життя і своя смерть. У терапевтичному сенсі вони не представляють для нас інтересу. До того ж, електричне поле землі очищає повітря від таких заряджених частинок, забираючи собі позитивно заряджені частинки і відсилаючи вгору негативно заряджені, де вони стають ядрами конденсації води і разом з дощами падають, знову ж таки, на землю. скупчуватися десь в приземному шарі таким іонам не вдається - і добре.

Для з'ясування якості штучно іонізованого повітря були досліджені всі можливі види іонізаторів. Дослідників цікавили спектрограми іонів по рухливості, створювані різними ионизаторами. Є дуже зручна стаття, де всі ці спектрограми намальовані (4). Допитливі можуть туди заглянути, якщо зможуть добути копії цієї та інших статей або знайдуть у бібліотеках потрібні журнали. Я ж дам тільки короткі зауваження за всіма видами описаних спектрограм.

Самі симпатичні спектрограми у іонізаторів на базі альфа-або бета-активних препаратів [у статті описано використання, відповідно, Ро210 (полоній 210) і H3 (Т3 або тритій)]. Ці спектрограми ідентичні природним. Такими штуками я теж колись займався, але з використанням інших ізотопів. На жаль, ні в побуті, ні на виробництві їх застосовувати не можна - техніка безпеки при поводженні з будь-якими радіоактивними ізотопами не допускає вільного з ними поводження як при використанні, так і при збереженні від руйнування і при утилізації. Те ж саме відноситься до джерел гамма-випромінювання, та й спектрограмма у них гірше.

Дуже симпатична спектрограмма при використанні рентгенівського випромінювання, але, самі розумієте, рентген - це те ж, що і гамма-випромінювання, можна виклопотати та лейкемію, і рак. Ніхто таких іонізаторів ніде не застосовує.

Ультрафіолетові лампи дають, в основному, тільки негативні іони і то за рахунок вторинного випромінювання від домішок в повітрі і різних предметів, так як досліджені УФ-промені самі іонізацію не виробляють, але зате в достатку створюють озон - хто в клініках був під опроміненням УФ- ламп, той повинен пам'ятати противний запах озону, який за вагою ядовитее синильної кислоти. Для іонізаторів УФ-лампи не застосовні.

При біполярної іонізації коронним розрядом спектрограмма цілком пристойна, але тут треба розрізняти, з допомогою якої напруги виробляється іонізація. При використанні високовольтного постійної напруги рясно створюється озон і окисли азоту, те ж саме відбувається при використанні пульсуючого напруги після однополупериодного випрямлення змінної напруги. Це було помічено ще в п'ятдесяті роки і тоді ж стали застосовувати, точніше - запропонували застосовувати, короткі високовольтні імпульси, несиметричні по амплітуді або однополярні. Але поширення набули все ж іонізатори уніполярні, тобто дають іони тільки однієї полярності, зазвичай - негативною. А оскільки всі іони, як природного, так і штучного походження, живуть за одними законами, то при уніполярної іонізації через відсутність процесів рекомбінації все іони однієї полярності доживають до стадії перетворення на важкі іони, накопичуються в різних місцях, створюючи електростатичні поля, об'ємні заряди. Якщо коротше, то уніполярні іонізатори будь-якого типу, навіть «люстри» і «псевдолюстри» Чижевського, придатні лише для короткочасного застосування протягом 10-20 хвилин - не більше. Якщо зовсім коротко - лайно!

А ось грамотних біполярних коронних іонізаторів повітря поки що замало.

Нитка розжарювання створює тільки позитивні іони за рахунок іонної емісії, так як для отримання електронної емісії дріт треба розжарювати до сказу. Коротше, енергії витрачається багато, а толку мало, та й небезпечно, і нитка швидко згорить.

При горінні светильного газу і газу в плитці на кухні виходять іони обох знаків, але зовсім не тією, що треба, рухливості, так як вони утворені з продуктів згоряння газу.

При розбризкуванні (барботаже) води кількість легких іонів незначно, зате кількість середніх і важких іонів величезне. При цьому, негативних іонів дещо більше, ніж позитивних.

А тепер невеликі висновки.

При штучної іонізації повітря можливе отримання іонного складу повітря, близького до природного, якщо в повітрі немає шкідливих домішок.
Там, де є відповідні служби, краще всього використовувати іонізатори повітря на базі альфа-або бета-активних ізотопів. Краще всього для цих цілей підходять ізотопи тритію, вуглецю-14, нікелю-63 - вони прийнятні за ціною і досить безпечні.
Широкого застосування, в тому числі і в побуті, заслуговують тільки біполярні коронні іонізатори повітря, в яких використовуються короткі імпульси, як правило, керовані по частоті і тривалості. Використання таких іонізаторів дозволяє отримати потрібну якість іонного складу повітря, близьке до природного, з таким же терапевтичною дією.
Все.

Нижче перераховано те, що я використовував при написанні цього опусу з чужих робіт. Свої роботи я ніколи не публікував, хіба що у вигляді авторських свідоцтв СРСР, а тепер - ще й патентів.

Список літератури:

  1. Н.А.Капцов. Електричні явища в газах і вакуумі. Держ. изд. техн.- теорію. литерат. М.-Л., 1950 р 836 стор. (Досить читати до кінця життя). 
  2. Дж. Кей, Т. Лебі. Таблиці фізичних та хімічних постійних. Держ. издат. фіз.-мат. литерат., М., 1962 р.н., 247 стор. 
  3. Knoll M., Eichmeier J., Schon R. Properties, Measurement and Bioklimatik Aktion of "Small" Multimolekular Atmospherik Ions .- "Advances in Elektronics and Electron Physic", 1964, Vol. 19, pp.177-254 (назва статті перекладається: Властивості, вимір і біокліматичної дія "малих" мультимолекулярних атмосферних іонів.). 
  4. Eichmeier J., Herden P. Beweglichkeitsspektren Knstlich erzeugter Atmospharischer Ionen im Klein-und Mittelionenbereich.-“Zeitschrift fur angewandte Physik’’, 1968, Vol. 24, Nr.6, S.360-364.(Здесь о спектрах подвижностей атмосферных ионов, полученных искусственным путем). 
  5. Eichmeier J. Beitrag zum Problem der Struktur der atmospharischen Kleinionen.-“Zeitschrift fur Geophysik”, 1968, Vol.34, S.297-322.(Здесь о структуре легких атмосферных ионов.). 
  6. Eichmeier J., Braun W. Beweglichkeitsspektrometrie atmospharischer Ionen.-“Meteorologische Rundschau”, 1972, Vol.25, №1, S.14-19. (Здесь о спектрометрии подвижностей атмосферных ионов в разных местах измерения в Германии). 
  7. Если кому-то этого мало, то в каждой вышеперечисленной работе есть своя библиография.

Так, в работе (1) - 2524 наименования;
в работе (2) - 128 наименований;
в работе (3) - 377 наименований.
В остальных работах - еще более 100 наименований.
Достаточно?

Автор статті - В.П.Реута (26.06.2005 г.)
Полное или частичное цитирование данной статьи запрещено (www.ionization.ru)